EP3836146B1

EP3836146B1 - Procédé et appareil pour simuler le flux sanguin dans un vaisseau sanguin propre à un sujet

Info

Publication number: EP3836146B1
Application number: EP20811232.6A
Authority: EP
Inventors: Han Yong Cho
Original assignee: Ai Medic Inc
Current assignee: Ai Medic Inc
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2022-08-10
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: KR102130254B1; EP3836146A4; CN113015497A; CN113015497B; US20210256877A1; US11145224B2; WO2021075713A1; EP3836146A1; JP2022509897A; JP6987282B1; ES2928596T3

Claims

Procédé de simulation de flux sanguin pour un modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100) utilisant un système informatique, comprenant :
(a) la réception (S110) du modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100) ;

(b) la génération (S130) d'un modèle d'analyse, modèle CFD, pour une analyse de flux sanguin en appliquant une équation de flux sanguin au modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100) ;

(c) l'établissement (S150) d'une condition initiale à des points de grille du modèle d'analyse et d'une condition limite à une entrée et à une sortie dans le modèle CFD ;

(d) la génération (S160) d'un modèle de paramètres localisés, modèle LPM (200), comportant des paramètres d'artère (210) et des paramètres de lit microvasculaire (220) pour fournir une condition limite de sortie du modèle CFD ; et

(e) la réalisation d'une simulation de flux sanguin pour le modèle CFD en couplant le modèle CFD et le modèle LPM (200),
caractérisé en ce que
l'acte (e) de réalisation de la simulation de flux sanguin pour le modèle CFD en couplant le modèle CFD et le modèle LPM (200) comporte :

(f) la réalisation (S170) d'une simulation de flux sanguin pour le modèle CFD sous la condition initiale et la condition limite ;

(g) le calcul (S190) d'un débit sanguin Qi et d'un débit sanguin d'écoulement à la sortie total Qtot_cfd pour chaque sortie du modèle CFD par la simulation de flux sanguin ;

(h) la mise à jour (S210) des paramètres de lit microvasculaire (220) du modèle LPM (200) en utilisant le débit sanguin pour chaque sortie et le débit sanguin d'écoulement à la sortie total du modèle CFD ;

(i) la mise à jour de la condition limite de la sortie de chaque branche du modèle CFD en utilisant le modèle LPM (200) mis à jour ; et

(j) la réalisation répétée (S230) des actes de (f) à (i) jusqu'à ce qu'une condition de convergence de la simulation de flux sanguin pour le modèle CFD soit satisfaite.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel les paramètres d'artère (210) et les paramètres de lit microvasculaire (220) du modèle LPM (200) sont connectés en série,
les paramètres d'artère (210) comportent une résistance d'artère Ra et une compliance d'artère Ca connectées en parallèle, et

les paramètres de lit microvasculaire (220) comportent une résistance de lit microvasculaire Rm et une compliance de lit microvasculaire Cm connectées en parallèle.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel les paramètres d'artère (210) ont des valeurs de paramètre déterminées en utilisant une longueur d'une branche du modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100).
Procédé selon la revendication 2, dans lequel les paramètres d'artère (210) ont des valeurs de paramètre déterminées en utilisant un diamètre d'une extrémité de branche du modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100).
Procédé selon la revendication 2, dans lequel les paramètres d'artère (210) ont des valeurs de paramètre déterminées par une simulation couplée CFD-LPM pour le modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100),
le modèle LPM (200) utilisé dans la simulation couplée CFD-LPM pour la détermination des paramètres d'artère (210) est un modèle LPM (200) comportant uniquement les paramètres d'artère (210), et

une condition de pression dans un état de repos d'un sujet est utilisée comme une condition de pression en aval des paramètres d'artère (210) du modèle LPM (200) dans la simulation couplée CFD-LPM.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel dans l'acte (h) de mise à jour des paramètres de lit microvasculaire (220) du modèle LPM (200) en utilisant le débit sanguin pour chaque sortie du modèle CFD et le débit sanguin d'écoulement à la sortie total du modèle CFD,
un paramètre de compliance de lit microvasculaire Cm,i du modèle LPM (200) est mis à jour par une valeur obtenue en utilisant l'équation suivante qui se rapproche d'une valeur obtenue en divisant un débit sanguin Qi d'écoulement à la sortie d'une sortie de chaque branche obtenu à travers une simulation de modèle CFD par une différence entre une pression sanguine systolique et une pression sanguine diastolique mesurées chez un sujet et en multipliant le débit sanguin Qi d'écoulement à la sortie par un cycle de fréquence cardiaque : $C_{m, i} = {(\frac{dV / dt}{dP / dt})}_{i} \sim \frac{Q_{i}}{{ΔP}_{i} / Δ τ}$

où Qi est un débit sanguin dans une i-ème branche et ΔPi/Δτ représente une variation de pression dans le temps dans la i-ème branche, et

un paramètre de résistance de lit microvasculaire Rm,i de chaque branche est mis à jour par une valeur obtenue en obtenant une résistance de lit microvasculaire Rm,ref d'une branche de référence sélectionnée par l'utilisation d'une équation : $R_{m, ref} = (R_{tot} - R_{a, tot}) (1 + \underset{i \neq ref}{\sum_{i = 1}^{n}} \frac{C_{m, i}}{C_{m, ref}})$

et en utilisant une équation : $R_{m, 1} C_{m, 1} = R_{m, 2} C_{m, 2} = \dots \dots = R_{m, n} C_{m, n}$

qui indique une condition selon laquelle le produit de la résistance de lit microvasculaire Rm,ref de la branche de référence sélectionnée et de la compliance de lit microvasculaire Cm,ref de la branche de référence est égal au produit de la résistance de lit microvasculaire Rm,i et de la compliance de lit microvasculaire Cm,i des branches restantes.
Procédé selon la revendication 6, dans lequel dans l'acte (i) de mise à jour de la condition limite de la sortie de chaque branche du modèle CFD en utilisant le modèle LPM (200) mis à jour,
la pression sanguine établie comme condition limite de la sortie de chaque branche du modèle CFD est une pression sanguine obtenue en utilisant une équation : $P_{i} = (R_{a, i} + R_{m, i}) \times Q_{lpm, i}$

où Pi est une pression sanguine de condition limite mise à jour et établie pour la sortie de chaque branche du modèle CFD, Ra,i est une résistance d'artère d'un modèle LPM (200) préétabli, Rm,i est une résistance de lit microvasculaire du modèle LPM (200) mis à jour par la simulation CFD, et Qlpm,i est un débit sanguin LPM virtuel obtenu en répartissant le débit sanguin d'écoulement à la sortie total Qtot_cfd en proportion inverse à chaque résistance de lit microvasculaire Rm,i de LPM mis à jour.
Appareil de simulation de flux sanguin (700) pour un modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100), comprenant :
un processeur (720) ; et

une mémoire (730) dans laquelle est stocké un programme informatique à exécuter dans le processeur (720)

dans lequel le programme informatique est configuré pour réaliser :
(a) la réception (S110) du modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100) ;

(b) la génération (S130) d'un modèle d'analyse, modèle CFD, pour une analyse de flux sanguin en appliquant une équation de flux sanguin au modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100) ;

(c) l'établissement (S150) d'une condition initiale à des points de grille du modèle d'analyse et une condition limite à une entrée et à une sortie dans le modèle CFD ;

(d) la génération (S160) d'un modèle de paramètres localisés, modèle LPM (200), comportant des paramètres d'artère (210) et des paramètres de lit microvasculaire (220) pour fournir une condition limite de sortie du modèle CFD ; et

(e) la réalisation d'une simulation de flux sanguin pour le modèle CFD en couplant le modèle CFD et le modèle LPM (200),

caractérisé en ce que

l'acte (e) de réalisation de la simulation de flux sanguin pour le modèle CFD en couplant le modèle CFD et le modèle LPM (200) comporte :
(f) la réalisation (S170) d'une simulation de flux sanguin pour le modèle CFD sous la condition initiale et la condition limite ;

(g) le calcul (S190) d'un débit sanguin Qi et un débit sanguin d'écoulement à la sortie total Qtot_cfd pour chaque sortie du modèle CFD par la simulation de flux sanguin ;

(h) la mise à jour (S210) des paramètres de lit microvasculaire (220) du modèle LPM (200) en utilisant le débit sanguin pour chaque sortie et le débit sanguin d'écoulement à la sortie total du modèle CFD ;

(i) la mise à jour de la condition limite de la sortie de chaque branche du modèle CFD en utilisant le modèle LPM (200) mis à jour ; et

(j) la réalisation répétée (S230) des actes de (f) à (i) pour calculer au moins une quantité physique hémodynamique jusqu'à ce qu'une condition de convergence de la simulation de flux sanguin pour le modèle CFD soit satisfaite.
Appareil (700) selon la revendication 8, dans lequel les paramètres d'artère (210) et les paramètres de lit microvasculaire (220) du modèle LPM (200) sont connectés en série,
les paramètres d'artère (210) comportent une résistance d'artère Ra et une compliance d'artère Ca connectées en parallèle, et

les paramètres de lit microvasculaire (220) comportent une résistance de lit microvasculaire Rm et une compliance de lit microvasculaire Cm connectées en parallèle.
Appareil (700) selon la revendication 9, dans lequel les paramètres d'artère (210) ont des valeurs de paramètre déterminées en utilisant une longueur d'une branche du modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100).
Appareil (700) selon la revendication 9, dans lequel les paramètres d'artère (210) sont des valeurs de paramètre déterminées par une simulation couplée CFD-LPM pour le modèle de vaisseau sanguin tridimensionnel propre à un sujet (100),
le modèle LPM (200) utilisé dans la simulation couplée CFD-LPM pour la détermination des paramètres d'artère (210) est un modèle LPM (200) comportant uniquement les paramètres d'artère (210), et

une condition de pression dans un état de repos d'un sujet est utilisée comme une condition de pression en aval des paramètres d'artère (210) du modèle LPM (200) dans la simulation couplée CFD-LPM.
Appareil (700) selon la revendication 8, dans lequel dans l'acte (h) de mise à jour des paramètres de lit microvasculaire (220) du modèle LPM (200) en utilisant le débit sanguin pour chaque sortie du modèle CFD et le débit sanguin d'écoulement à la sortie total du modèle CFD,
un paramètre de compliance de lit microvasculaire Cm,i du modèle LPM (200) est mis à jour par une valeur obtenue en utilisant l'équation suivante qui se rapproche d'une valeur obtenue en divisant un débit sanguin Qi d'écoulement à la sortie d'une sortie de chaque branche obtenu à travers une simulation de modèle CFD par une différence entre une pression sanguine systolique et une pression sanguine diastolique mesurées chez un sujet et en multipliant le débit sanguin Qi d'écoulement à la sortie par un cycle de fréquence cardiaque : $C_{m, i} = {(\frac{dV / dt}{dP / dt})}_{i} \sim \frac{Q_{i}}{{ΔP}_{i} / Δ τ}$

où Qi est un débit sanguin dans une i-ème branche et ΔPi/Δτ représente une variation de pression dans le temps dans la i-ème branche, et

un paramètre de résistance de lit microvasculaire Rm,i de chaque branche est mis à jour par une valeur obtenue en obtenant une résistance de lit microvasculaire Rm,ref d'une branche de référence sélectionnée par l'utilisation d'une équation : $R_{m, ref} = (R_{tot} - R_{a, tot}) (1 + \underset{i \neq ref}{\sum_{i = 1}^{n}} \frac{C_{m, i}}{C_{m, ref}})$

et en utilisant une équation : $R_{m, 1} C_{m, 1} = R_{m, 2} C_{m, 2} = \dots \dots = R_{m, n} C_{m, n}$

qui indique une condition selon laquelle le produit de la résistance de lit microvasculaire Rm,ref de la branche de référence sélectionnée et de la compliance de lit microvasculaire Cm,ref de la branche de référence est égal au produit de la résistance de lit microvasculaire Rm,i et de la compliance de lit microvasculaire Cm,i des branches restantes.
Appareil (700) selon la revendication 12, dans lequel dans l'acte (i) de mise à jour de la condition limite de la sortie de chaque branche du modèle CFD en utilisant le modèle LPM (200) mis à jour,
la pression sanguine établie comme condition limite de la sortie de chaque branche du modèle CFD est une pression sanguine obtenue en utilisant une équation : $P_{i} = (R_{a, i} + R_{m, i}) \times Q_{lpm, i}$

où Pi est une pression sanguine de condition limite mise à jour et établie pour la sortie de chaque branche du modèle CFD, Ra,i est une résistance d'artère d'un modèle LPM (200) préétabli, Rm,i est une résistance de lit microvasculaire du modèle LPM (200) mis à jour par la simulation CFD, et Qlpm,i est un débit sanguin LPM virtuel obtenu en répartissant le débit sanguin d'écoulement à la sortie total Qtot_cfd en proportion inverse à chaque résistance de lit microvasculaire Rm,i de LPM mis à jour.